Разрушение эмульсий в переменном электрическом поле. - Методы разрушения нефтяных эмульсий
Рассмотрим поведение взвешенных в нефти водяных капелек, образующие эмульсию и находящихся в переменном электрическом поле. Если безводную нефть поместить между двумя плоскими электродами, находящимися под высоким напряжением, то возникает однородное электрическое поле, силовые линии которого параллельны друг другу (рис. 9, а). Если же в нефти присутствуют водяные капельки (эмульсия), то однородность поля нарушается (рис. 9, б). При этом на поверхности водяной капельки под действием внешнего электрического поля индуцируются два равных по величине и противоположных по знаку электрических заряда (капелька поляризуется), в основном за счет разделения противоположно заряженных ионов. Индуцированные заряды располагаются на поверхности капельки таким образом, что положительные заряды находятся на той стороне капельки, которая обращена к отрицательному электроду, а отрицательные заряды -- на противоположной стороне. Необходимо помнить, что, когда мы говорим о положительном или отрицательном электроде, имеется ввиду знак заряда электрода в данный момент времени, так как в действительности знак заряда электрода меняется во времени с частотой переменного напряжения, приложенного к электродам.
В результате кулоновского взаимодействия индуцированных зарядов с внешним электрическим полем капелька вытягивается в направлении поля, превращаясь в эллипсоид вращения. При этом, если электрическое поле является переменным (промышленная частота равна 50 герц), направленное движение капельки к одному из электродов невозможно, даже если учесть некоторый избыточный заряд какого-либо знака (зависит от природы компонентов эмульсии).
Две смежные капельки, находящиеся на одной силовой линии, вследствие близости их концов с разной полярностью зарядов взаимно притягиваются и еще более вытягиваются. Причем, вследствие вытягивания и соответствующего уменьшения расстояния между ними, напряженность местного электрического поля растет. При этом, как показывают расчеты, величина напряженности электрического поля между капельками оказывается намного больше напряженности внешнего электрического поля и при достаточном сближении капелек не исключена возможность местного электрического пробоя между капельками, а это способствует разрушению адсорбционной оболочки эмульгатора и слиянию капелек.
Сила взаимного притяжения капелек, представляющих собой диполи, определяется уравнением:
F = kE2r6/d4
Где к -- коэффициент пропорциональности,
Е -- напряженность электрического поля между капельками,
R -- радиус капельки,
D -- расстояние между центрами капелек.
Из этого уравнения видно, что если расстояние между капельками будет уменьшаться, например, по линейному закону, то сила притяжения капелек будет увеличиваться пропорционально 4-й степени и при незначительных расстояниях может стать настолько большой, что оболочки эмульгатора, разделяющие капельки, сдавливаются и разрушаются, а капельки сливаются в более крупные. Например, в высокодисперсной 5%-ной эмульсии капельки воды в среднем находятся на расстоянии двух диаметров друг от друга и процесс их слияния под действием электрического поля протекает очень быстро. К недостаткам метода разрушения эмульсий в переменном однородном электрическом поле следует отнести невозможность полного отделения водной фазы от нефтяной. Действительно, с увеличением расстояния между капельками (например, в ходе процесса деэмульсации) напряженность электрического поля и сила взаимодействия между остающимися капельками быстро убывают. При малом содержании воды в нефти коалесценция продолжается только вследствие случайных сближений капелек, имеющих место при турбулентном движении жидкости. При содержании в эмульсии 1% диспергированной воды среднее расстояние между капельками равно примерно четырем их диаметрам, а силы дипольного притяжения по сравнению с аналогичными силами в 5%-ной эмульсии в 16 раз меньше. Если содержание воды в нефти будет равно 0,1%, то расстояния между капельками в среднем будут равны их восьми диаметрам и дипольные силы меньше в 256 раз, чем в 5%-ной эмульсии, то есть практически никакого слияния без принудительного перемешивания происходить не будет.
Однако оказывается, что переменное электрическое поле невысокой частоты (например, промышленной частоты 50 герц) может способствовать перемешиванию. Для не сильно обводненных эмульсий целесообразно применять неоднородное электрическое поле. В таком поле капельки воды, имеющие большую диэлектрическую постоянную, чем нефть, увлекаются в зону с большей напряженностью электрического поля. Таким образом, в областях большей напряженности поля концентрация капель воды повышается, вследствие чего растет частота их столкновений и вероятность слияния. Поэтому путем комбинирования однородного и неоднородного электрических полей можно проводить достаточно глубокое обезвоживание эмульсий типа В/М.
Дипольное взаимодействие капелек можно усилить, увеличив напряженность внешнего электрического поля. Однако при этом будет наблюдаться электрическое диспергирование капелек. Капельки воды, вытягиваясь под влиянием сил дипольного притяжения, удлиняются, в результате чего обволакивающие их пленки, адсорбированные на границе раздела фаз, натягиваются и на вытянутых концах капелек лопаются. Разрыв пленок иногда сопровождается выбросом облака мельчайших водяных частичек, которые разбрызгиваются вокруг места разрыва.
Этот процесс усиливается с повышением напряженности электрического поля и увеличением размеров капель, то есть для каждого данного размера капель существует своя критическая напряженность электрического поля, при которой капельки данного размера (и большего) диспергируют. Диспергирование капельки прекращается, когда ее размеры становятся такими, для которых данная напряженность электрического поля не является критической. Явление электрического диспергирования весьма нежелательно, так как образующиеся высокодисперсные капельки очень трудно удаляются из нефти.
Разрушение эмульсий в постоянном электрическом поле.
Применение постоянного электрического поля для целей деэмульсации до последнего времени было весьма ограниченным. Это связано с тем, что поведение эмульсий в этом виде поля имеет свои особенности. Для того, чтобы не повторяться, скажем, что все то, что было сказано о воздействии переменного электрического поля на дисперсную фазу эмульсии: поляризация капелек, их деформация в направлении поля, диспергирование и наличие критической напряженности поля -- справедливо и для постоянного электрического поля.
Основной причиной, ограничивающей применение постоянного электрического поля для деэмульсации, является то, что при обводненностях эмульсии порядка 5% и выше расстояния между отдельными взвешенными капельками становятся соизмеримыми с размерами капелек. Это приводит к тому, что напряженности местных электрических полей между капельками становятся значительными и они, деформируясь, вытягиваются и выстраиваются в токо-проводящие цепочки в направлении вектора напряженности поля, что ведет к короткому замыканию электродов.
Конечно, образование токопроводящих цепочек из водяных капелек не исключено и при обработке эмульсий в переменном электрическом поле. Однако в последнем случае они менее устойчивы, так как полярность электродов, образующих поле, меняется во времени с промышленной частотой 50 герц. В постоянном же электрическом поле такой смены полярности нет, поэтому для разрушения токопроводящих цепочек необходимо принимать какие-то специальные меры. Говорить о возможности деэмульсации в постоянном электрическом поле можно лишь в смысле обработки в этом поле малообводненных эмульсий (не выше 1-2% воды), то есть тогда, когда расстояния между отдельными капельками равны нескольким их диаметрам и влияние местных электрических полей настолько мало, что вероятность образования токопроводящих цепочек между электродами стремится к нулю. Следовательно, в отличие от переменного электрического поля, где движущей силой процесса деэмульсации является диполь-ди-польное взаимодействие, в постоянном электрическом поле это взаимодействие должно быть сведено к минимуму.
За счет каких же сил водяные капельки будут коалесцировать в этом поле? Характерной особенностью поведения дисперсных систем в постоянном электрическом поле даже пространственно-однородном (не градиентном) является то, что водяные капельки дисперсной фазы имеют тенденцию к направленному движению в сторону одного из электродов (в однородном переменном электрическом поле направленное движение капелек, образующих мало обводненную эмульсию, вообще невозможно).
Это объясняется наличием электрокинетического потенциала (дзета - потенциала), обусловленного двойным электрическим слоем. Скорость движения водяных капелек, взвешенных в углеводородной среде и помещенных в постоянное электрическое поле, определяется уравнением Гельмгольца:
U = ??0Е0?/?
Где ? -- электрокинетический потенциал, В;
Е0 -- напряженность внешнего электрического поля, В/м;
- ? -- относительная диэлектрическая постоянная дисперсионной среды; ?0 -- электрическая размерная постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума), Ф/м; ? -- коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость) дисперсионной среды, Па?с;
U -- скорость движения частиц дисперсной фазы, м/с.
Анализ этого уравнения показывает, что скорость движения частиц дисперсной фазы крайне мала, то есть для того, чтобы водяные капельки, находящиеся в объеме эмульсии вдали от электродов, достигли их поверхности, нужно очень много времени. Однако для капелек, находящихся у поверхности электрода (например, на расстоянии диаметра капельки), эта скорость уже оказывается достаточной для того, чтобы покрыть этот путь в течение долей секунды. При контакте с поверхностью электрода водяная капелька не удерживается около него, а отталкивается и с увеличившейся во много раз скоростью устремляется к противоположному электроду. Объясняется это тем, что капелька в результате контакта с электродом получает от него электрический заряд, величина которого во много раз больше ее "естественного" заряда (то есть заряда, обусловленного наличием двойного электрического слоя).
Величина заряда, получаемого капелькой от электрода в результате контакта, определяется выражением
Q = 2/3 ?3??0Еr2
Где r -- радиус капельки, м,
Q -- заряд водяной капельки, Кл.
В результате взаимодействия внешнего электрического поля с этим зарядом и происходит увеличение скорости движения капелек. Приблизившись к противоположному электроду, капелька касается его своей поверхностью, в результате чего происходит электрическая перезарядка (капелька получает равный по величине и противоположный по знаку электрический заряд), и устремляется к первому электроду, где опять происходит ее перезарядка, и так далее.
В частности, пусть, например, при горизонтальном расположении электродов верхний электрод находится под высоким потенциалом, а нижний электрод заземлен. Тогда, соприкоснувшись с нижним электродом, капелька получает отрицательный заряд по отношению к верхнему электроду и двигается в сторону увеличения потенциала.
При контакте с верхним электродом она получает положительный заряд по отношению к нижнему электроду и двигается в сторону уменьшения потенциала, то есть к нижнему электроду.
Таким образом, водяные капельки дисперсной фазы эмульсии, помещенной в постоянное электрическое поле, совершают колебательные движения между электродами, образующими поле. Причем при своем перемещении между электродами они сталкиваются друг с другом, как имеющие противоположные заряды, так и с незаряженными капельками, находящимися в объеме, и укрупняются. Укрупнившиеся капельки при контакте с электродом получают от него еще больший заряд (величина заряда, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна квадрату радиуса капельки), а следовательно, и большую скорость, что, во-первых, увеличивает вероятность столкновений с другими капельками и, во-вторых, увеличивает эффективность этих столкновений.
Похожие статьи
-
Термические способы разрушения эмульсий. - Методы разрушения нефтяных эмульсий
Термическая обработка нефтяных эмульсий (подогрев, промывка горячей водой при атмосферном или под избыточным давлением) имеет целью увеличение скорости...
-
Механические способы разрушения эмульсий. - Методы разрушения нефтяных эмульсий
Все механические способы разрушения нефтяных эмульсий имеют очень ограниченное применение (фильтрация, центрифугирование), а некоторые (например,...
-
Получение эмульсии, Методы разрушения эмульсии - Применение суспензий и эмульсий в строительстве
Эмульсии образуются двумя путями: - путем дробления капель. Этот метод осуществляется путем медленного прибавления диспергируемого вещества в дисперсную...
-
Пусть u = f(x, y) - функция, определенная в области w. Рассмотрим точку М(х, у) О w и некоторое направление l, определяемое направляющими косинусами Cosa...
-
Проблема прогнозирования вероятности банкротства существует уже несколько десятков лет - все началось с работ Ramser, Foster (1931), Fitzpatrick (1932) и...
-
Несамостоятельный газовый разряд., Самостоятельный газовый разряд - Электрический ток в газах
Процесс прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Если электропроводность газа создается внешними ионизаторами, то...
-
Состав переменных задачи в отрасли растениеводства отражает структура 8-польного севооборота в укрупненном виде, а так же перечень культур,...
-
Электрический генератор ток мощность Метод законов Кирхгофа I1 - I2 - I3 - I4 - I5 + I6 = 0 -E1 - E2 = I1R2 + I4R4 + I2R1 E1 - E3 = - I2R1 + I5R5 + I3R3...
-
Первые анализаторы масс разделяли ионы при помощи магнитного поля. В магнитом анализе ионы ускоряются в магнитном поле при помощи электрического....
-
Механизм электропроводности газов - Электрический ток в газах
Механизм проводимости газов похож на механизм проводимости растворов и расплавов электролитов. При отсутствии внешнего поля заряженные частицы, как и...
-
Эмульсиями называются дисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии. Эмульсии являются обычно...
-
Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применение - Электрический ток в газах
В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения электродов, а также от приложенного к электродам напряжения возникают различные виды...
-
Грубодисперсные системы, Эмульсии - Эмульсии и эмульгаторы
Эмульсии - это один из видов грубодисперсных систем. Помимо эмульсий к грубодисперсным системам относятся суспензии, пены, порошки и пр. Грубодисперсные...
-
Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть, в принципе,...
-
Под действием видимого, ультрафиолетового и более коротковолнового излучения фуллерены полимеризуются и в таком виде не растворяются органическими...
-
Эмульсия - дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде)....
-
В квадрупольном масс-анализаторе ионный пучок направляют в пространство между четырьмя параллельными электродами. Это стержни (0,6 х15 см) из нержавеющей...
-
Результаты исследований А. Н. Фрумкина и Б. В. Дерягина показали, что характер изменения удельной поверхностной энергии е прослоя воды, находящегося...
-
В аналитической части изложены результаты проведенного исследования основных показателей доходов и уровня жизни населения в регионах Российской Федерации...
-
Электрический расчет - Районная электрическая сеть
Электрический расчет предлагается проводить для случая, когда известна максимальная нагрузка на шинах НН. Расчет режимов выполняется методом...
-
В зависимости от содержания задачи может быть два случая: когда ребра графа G единичной длины; когда ребра графа произвольной длины. Для каждого из этих...
-
Диспергированием называют тонкое измельчение твердых мате-риалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате...
-
Конденсационные методы получения коллоидных систем - Методы очистки и получения коллоидных растворов
Из классификации дисперсных систем по размеру частиц следует, что коллоидные растворы (золи) занимают промежуточное положе-ние между молекулярными и...
-
Основная теория сезонности временного ряда - Методы изучения сезонных колебаний. Примеры расчетов
Основными составляющими временного ряда являются тренд и сезонная компонента. Составляющие этих рядов могут представлять собой либо тренд, либо сезонную...
-
Следует отметить, что не существует особых сил, вызывающих адсорбцию. Адсорбция молекул на поверхности твердого тела происходит за счет сил притяжения со...
-
Методы неорганического синтеза - Синтез ацетата натрия ("Горячий лед")
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, получение неорганических соединений. Как правило, состоит из нескольких последовательных или параллельных процессов -...
-
Решение смешанной задачи для уравнения теплопроводности методом конечных разностей
Решение смешанной задачи для уравнения теплопроводности методом конечных разностей 1. Цель работы Ознакомление с методами решения смешанных задач для...
-
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН, Получение мембран из растворов полимеров - Полимеры в мембранах
Разделяющая способность мембран, их производительность и стабильность характеристик зависят не только от химической природы полимера, но и от хитростей...
-
Уравнение динамики теплообменника: Передаточные функции объекта получим по его уравнению динамики. Для этого запишем уравнение по заданному каналу. Затем...
-
Выпаривание - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Выпаривание - концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания...
-
Ректификация - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
РЕКТИФИКАЦИЯ (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся т-рами...
-
Предложения Д. И. Менделеева по развитию нефтяной промышленности в России - Идеи Д. И. Менделеева
Д. И. Менделеев первым подробно изучил все преграды, тормозившие добычу и переработку отечественной нефти. Он же организовал и возглавил общественное...
-
Электронные спектры поглощения соединений (9а, б, 10а, б, 12а, б, 13а, б 15а, б и 16а, б) в концентрированной серной кислоте характеризуются наличием...
-
В разделе 1 курсовой работы требуется: Определить количество закупаемого заданным филиалом фирмы сырья у каждого АО, (xj), максимизируя прибыль филиала....
-
Параметрическое линейное программирование - Методы линейного программирования
Представляет собой один из разделов математического программирования, изучающий задачи, в которых целевая функция или ограничения зависят от одного или...
-
Эмульсии в физиологии человека - Эмульсии и эмульгаторы
Эмульсия грубодисперсный жидкость Эмульсии нередко встречаются в организме человека: 1. Жиры в крови и лимфе находятся в эмульгированном состоянии...
-
Эмульгаторы, Гидрофильные и гидрофобные эмульгаторы - Эмульсии и эмульгаторы
Достаточно устойчивую и концентрированную эмульсию можно приготовить лишь при добавлении стабилизатора (эмульгатора). Эмульгаторы не только сообщают...
-
Построение модели с помощью метода деревьев решений - Моделирование вероятности банкротства
В отличие от логистической регрессии, при использовании метода деревьев решений ограничения для независимых переменных отсутствуют, поэтому для...
-
Общая схема исследования: 1. Составление среднего образца. 2. Извлечение пестицидов из пробы. 3. Очистка экстракта. 4. Анализ экстракта. Прием образцов в...
-
Методы оценки параметров структурной формы модели - Основы эконометрики
Коэффициенты структурной модели могут быть оценены разными способами в зависимости от вида системы одновременных уравнений. Наибольшее распространение в...
Разрушение эмульсий в переменном электрическом поле. - Методы разрушения нефтяных эмульсий